I en artikel publicerad idag i Science Advances , har forskare vid University of Oxford utvecklat en metod som använder polarisering av ljus för att maximera informationslagringstätheten och datorprestanda med hjälp av nanotrådar.

Ljus har en egenskap som kan utnyttjas – olika våglängder av ljus interagerar inte med varandra – en egenskap som används av fiberoptik för att bära parallella dataströmmar. På samma sätt interagerar inte olika polarisationer av ljus med varandra heller. Varje polarisering kan användas som en oberoende informationskanal, vilket gör att mer information kan lagras i flera kanaler, vilket avsevärt ökar informationstätheten.

Förste författare och DPhil-student June Sang Lee, Department of Materials, University of Oxford sa:"Vi vet alla att fördelen med fotonik framför elektronik är att ljus är snabbare och mer funktionellt över stora bandbredder. Så vårt mål var att fullt ut utnyttja sådana fördelarna med fotonik i kombination med avstämbart material för att realisera snabbare och tätare informationsbehandling."

I samarbete med professor C. David Wright, University of Exeter, utvecklade forskargruppen en HAD (hybridized-active-dielectric) nanotråd, med användning av ett hybrid glasartat material som visar omkopplingsbara materialegenskaper vid belysning av optiska pulser. Varje nanotråd visar selektiva svar på en specifik polarisationsriktning, så information kan bearbetas samtidigt med hjälp av flera polarisationer i olika riktningar.

Med hjälp av detta koncept har forskare utvecklat den första fotoniska datorprocessorn för att använda polarisationer av ljus.

Fotonisk beräkning utförs genom flera polarisationskanaler, vilket leder till en förbättring av beräkningstätheten med flera ordrar jämfört med konventionella elektroniska chips. Beräkningshastigheterna är snabbare eftersom dessa nanotrådar moduleras av optiska nanosekundspulser.

Sedan uppfinningen av den första integrerade kretsen 1958, har packning av fler transistorer i en given storlek på ett elektroniskt chip varit det bästa sättet att maximera beräkningstätheten – den så kallade "Moores lag". Men med artificiell intelligens och maskininlärning som kräver specialiserad hårdvara som börjar tänja på gränserna för etablerad datoranvändning, har den dominerande frågan inom detta område av elektronikteknik varit "Hur packar vi fler funktioner i en enda transistor?"

I över ett decennium har forskare i professor Harish Bhaskarans labb vid Department of Materials, University of Oxford undersökt hur ljus kan användas som beräkningsmetod.

Professor Bhaskaran, som ledde arbetet, sa:"Detta är bara början på vad vi skulle vilja se i framtiden, vilket är utnyttjandet av alla grader av friheter som ljus erbjuder, inklusive polarisering för att dramatiskt parallellisera informationsbehandlingen. Definitivt tidigt- scenarbete, men superspännande idéer som kombinerar elektronik, icke-linjära material och datoranvändning. Massor av spännande framtidsutsikter att arbeta med, vilket alltid är ett bra ställe att vara på." + Utforska vidare

Heloptisk beräkning av en grupp av transformationer med hjälp av ett polarisationskodat diffraktivt nätverk